Modelli di ottimizzazione per il controllo in tempo reale dei consumi energetici di utenti residenziali per le future smart grid

The management of the energy consumption of residential users, currently responsible for a significant portion of the world’s energy consumption, can play a key role in improving the efficiency of the entire electrical system. Indeed, the optimization of houses energy plans can allow achieving positive effects for the grid performance, such as reducing the high peaks of the overall energy demand and facilitating the integration of renewable sources. To achieve these goals it’s necessary to control home devices and storage systems in an intelligent way, through both the definition of energy plans for future periods and the real-time control of energy resources. In this work I propose some optimization models designed for efficiently managing, in real-time, the energy plan of residential buildings, taking into account also renewable energy sources and storage systems. These models, in particular, are used to react in real-time to events incorrectly predicted or not predictable, with the final goal of executing the energy plan previosuly defined in an off-line phase of the home energy management system. Finally, I show the results obtained from applying the proposed models on realistic data taken from the italian electricity market.

La gestione dei consumi e della produzione di energia di utenze residenziali, ad oggi tra le maggiori responsabili del consumo elettrico mondiale, assume un ruolo chiave per aumentare l’efficienza dell’intero sistema elettrico. Una gestione più efficiente delle risorse energetiche può permettere di ottenere effetti positivi per gli operatori di rete, quali, ad esempio, la riduzione dei picchi di potenza della domanda complessiva di energia o una maggiore facilità di integrazione di fonti rinnovabili. Per perseguire questo obiettivo è necessario controllare in maniera intelligente i dispositivi presenti nell’abitazione e i sistemi di accumulo di energia, sia tramite la definizione di piani energetici per periodi futuri che attraverso il controllo in tempo reale delle risorse energetiche. In questo lavoro di tesi propongo dei modelli di ottimizzazione che consentono di gestire in maniera efficiente i dispositivi domestici, tenendo conto anche della presenza di fonti di energia rinnovabile e di sistemi di accumulo. Questi modelli, in particolare, sono utilizzati per reagire in tempo reale ad eventi erroneamente previsti o non predicibili, con l’obiettivo finale di rispettare i piani energetici definiti in una precedente fase di lavoro del sistema domestico di gestione dell’energia. Infine, si illustrano i risultati ottenuti dall’applicazione di tali modelli sulla base di dati realistici ricavati dal mercato elettrico italiano.